sistema modulare per esercitazioni didattiche con circuiti analogici

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1 data: 0/08/00 sistema modulare per esercitazioni didattiche con circuiti analogici DESCRIZIONE Il progetto ARR, richiesto dal C.S. in Ingegneria Biomedica, prevede il progetto e la costruzione di tutti gli elementi per la realizzazione di un sistema atto ad esercitazioni didattiche di elettronica analogica e acquisizione/elaborazione dati. Tale sistema deve consentire di svolgere due tipi di esercitazione didattica: - verificare sperimentalmente il funzionamento di un filtro attivo progettato dallo studente utilizzando la strumentazione disponibile nei laboratori didattici del DIBE; - verificare sperimentalmente il funzionamento di un semplice dispositivo di acquisizione dati (National Instruments USB-008), quindi testare diversi tipi di trasduttori/sensori elettronici e relativi circuiti di condizionamento segnali. Verificate le esigenze tecniche e didattiche si è optato per adottare una configurazione compatibile con il sistema ISIBoard. I singoli esperimenti (filtri, sensori) sono quindi sviluppati su piccole schede a circuito stampato formato standard da montarsi tramite connettore a pettine su motherboard dedicate. Informazioni contenute nel presente documento:. parti del sistema. interconnessione AmbARADAn. filtro attivo Sallen-Key. connessione a USB per il progetto del Servizio Hardware DIBE-DIST n. - internamente noto come AmbARADAn [Ambiente ad Accesso Remoto Automatico Didattico Analogico] - è stato definito uno standard di interconnessione basato su contatti a bordo scheda tipo bus XT-AT dei PC. ARR00AT.doc pagina di 9

2 . PARTI DEL SISTEMA ARR0P : schede alimentazione e in/out per collaudo moduli formato AmbARADAn (versione economica di P) ARR0P : scheda per esercitazioni con: - slot formato AmbARADAn in cascata ( per sensore e per filtro attivo) - input analogico CC con strumento a lancetta - input analogico AC con altoparlante - output analogici (configurabili sigle-ended o differenziali) - 8 input digitali visualizzati da LED - output digitali comandati da pulsante di cui uno con filtro antirimbalzo ARR0P : schede filtro attivo configurabile formato AmbARADAn ARR0P : scheda sensore ottico formato AmbARADAn ARR0P : scheda sensore termico formato AmbARADAn ARR0C : cavo per interconnessione ARR0P con N.I. USB-008. INTERCONNESSIONE AmbARADAn Per lo sviluppo del sistema ISIBoard (progetto del Servizio Hardware DIBE-DIST n. ), internamente noto come AmbARADAn [Ambiente ad Accesso Remoto Automatico Didattico Analogico] è stato definito uno standard di interconnessione funzionale ed economico basato su contatti a pettine a bordo scheda tipo quelli utilizzati nelle schede dei vecchi bus XT-AT dei PC. ANALOG CIRCUIT IN AREF POWER +/-V +V ID OUT OUT OUT ARR00AT.doc pagina di 9

3 Il connettore AmbARADAn prevede 8 segnali tra alimentazione, ingresso, uscite analogiche e codice identificativo digitale. pin segnale INPUT AREF +V GND +V ID (v0) ID (v) 8 ID (c0) 9 ID (c) 0 ID (c) ID (c) ID (c) ID 8 (c) GND -V TEST OUT A TEST OUT B 8 OUTPUT I contatti dal al sono utilizzati per identificare in modo univoco il modello di scheda.. FILTRO ATTIVO SALLEN-KEY Nel disegno è riportato un filtro passabasso del II ordine. I valori sono calcolati per un filtro tipo Butterworth, guadagno 0x in banda, attenuazione -db a KHz. Per la realizzazione pratica del filtro si è utilizzato l amplificatore TLE0 prodotto da Texas Instruments, separando la funzione di filtro da quella di amplificazione. E stato previsto anche un condensatore di disaccoppiamento DC in ingresso inseribile tramite interruttore. La frequenza di taglio passa-alto è 0.Hz (-db). Lo schema completo della scheda è riportato nella pagina seguente. Sul circuito stampato gli elementi variabili del filtro sono stati sostituiti da allineamenti di contatti che consentono l inserimento dei componenti di volta in volta calcolati. I resistori Z e Z regolano il guadagno del primo stadio, i condensatori/resistori Z, Z, Z, Z configurano il filtro a guadagno unitario. Il codice AmbARADAn assegnato alla scheda è (Hex 8). ARR00AT.doc pagina di 9

4 ARR0PS0 In allegato sono riportate le indicazioni per il montaggio della scheda. ARR00AT.doc pagina di 9

5 . CONNESSIONE USB-008 ARR00AT.doc pagina di 9

6 . National Instruments USB N.I. USB-008 Tabella - connessioni analogiche Tabella - connessioni digitali ARR00AT.doc pagina di 9

7 ALLEGATO I MONTAGGIO SCHEDA ARR0P Disposizione componenti Elenco componenti quant. descrizione codice codice produttore fornitore( ) simbolo condensatore ceramico 00nF p.mm RPE ZU RS0 C, C condensatore poliestere µf ±% p.mm B9 Fa9 C resistore MW ±% ¼ W MRS RS89 R deviatore a slitta Fa08 SW zoccolo per integrati 8 pin RS09 amplificatore TLE0 TLE0AC Fa88 strip contatti (*) RS0 U Z, Z, Z, Z, Z, Z (*) le strisce sono da 0 contatti sezionabili vanno staccate delle sezioni da contatti ciascuna e ogni Z richiede due sezioni quindi in totale servono due strisce per scheda ( ) RS = RS Components ( Fa = Farnell ( ARR00AT.doc pagina di 9

8 ALLEGATO II MONTAGGIO SCHEDA ARR0P Disposizione componenti La scheda può essere realizzata in versioni: I. essenziale: consente il test di schede con sola alimentazione ±V; II. semplificata: consente il test di schede con alimentazione ±V e +V; III. standard: completa di visualizzatore di codice scheda a LED; IV. programmabile: ad uso sviluppo firmware per versione III. ARR00AT.doc pagina 8 di 9

9 Elenco componenti per versione quant. descrizione codice codice produttore fornitore( ) simbolo I II III IV C, C condensatore ceramico RPE ZU RS0 C 00nF p.mm C8 condensatore elettrolitico C,C UHDE0MED Fa µF V p..mm C cond. cer. 00pF p.mm MCRR0COG Fa C cond. cer. 0nF p.mm C9 diodo soppressore V.KEA Fa D,D diodo LED verde L-GDT RS99 D JP,JP * contatti ponticellabili RS JP b JP,JP ponticello Fa80 JP 8 connettore mm ROSSO RS090 J 9 connettore mm GIALLO RS09 J 0 connettore mm BLU RS098 J connettore BNC BH-NPPG-0 Fa088 J,J,J,J connettore a innesto RS080 J8 connettore SIP a 90 RS908 J9 resistore 0W ±% ¼ W MRS RS80 R array di resistori 0kW R res. 0kW ±% mw R res. kw ±% mw RS R resistore 0W W Fa9 R 8 deviatore a slitta Fa08 SW 9 test point BIANCO RS00 TP 0 test point NERO RS8 TP test point VERDE RS9 TP test point ROSSO RS9 TP test point GIALLO RS0 TP,TP regolatore 80 TO0 U display HDSP-G U zoccolo integrati 8 pin U PICF8 piedini RS0 (*) i contatti di JP e JP devono essere cortocircuitati. ( ) RS = RS Components ( Fa = Farnell ( ARR00AT.doc pagina 9 di 9

10 +V VOUT U VIN R +V J +V C C + C 00n 80 R R R TP C 00n + C C D TVS J GND D LED -V C 00n + C C D TVS J -V TP J INPUT R 0 TP J TEST A TP J JP JUMPER SW LOAD IN AREF V0 V C0 C C C C C +V +V -V V0 V C0 C C C C C TEST A TEST B OUT TP J TEST B OUTPUT versione semplificata: montare solo i componenti di questa pagina versione semplificata senza alimentazione a V: non montare C, C, R, U Title AmbARADAn test board J8 Size Document Number Rev A ARR0PS Date: Tuesday, July 0, 00 Sheet of

11 versione standard: non montare J9 e cortocircuitare JP e JP; versione programmabile (uso collaudo): non montare C9; versioni semplificate: non montare i componenti di questa pagina. COM COM COM COML U V0 V C0 C C C C C U +V R 0k C9 0n TP 8 0 T POINT R RC0/TOSO/TCKI RA0/AN0 RC/TOSI/CCP RA/AN RC/CCP RA/AN/VREF- RC/SCK/SCL RA/AN/VREF+ RC/SDI/SDA RA/T0CKI RC/SDO RA/SS/AN RC/TX/CK RC/RX/DT RB0/INT RB OSC/CLKOUT RB RB/PGM RB RB RB/PGC RB/PGD 8 OSC/CLKIN 9 MCLR/VPP/THV VDD 0 PICF8 +V C8 00n C 00p A B C R 0k D +V E F G 8 JP DP JP ICP J9 Title AmbARADAn test board Size Document Number Rev A ARR0PS Date: Tuesday, July 0, 00 Sheet of

12 Z +V C +V C u SW AC/DC R M UA TLE0 Z Z Z C UB TLE0 Z -V Z -V +V+V -V TEST A TEST B OUT IN AREF +V -V AmbARADAn code = C 00n C 00n J (FINGER) Title DC/AC Amplifier - Sallen-Key order active (LP) filter Size Document Number Rev A arr0ps 0 Date: Monday, July 0, 00 Sheet of